周 蕾

(新疆吐魯番市水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 吐魯番 838000)

人類社會與水生態(tài)系統(tǒng)存在著相互依存、相互制約的復(fù)雜聯(lián)系，人類經(jīng)濟(jì)社會能夠從水生態(tài)系統(tǒng)中獲取利益，但是水生態(tài)系統(tǒng)的變化也會影響和制約人類經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。當(dāng)前，我國水資源開發(fā)利用程度不斷提高，污染排放量持續(xù)增加，經(jīng)濟(jì)社會用水占生態(tài)用水的現(xiàn)象比較普遍，水生態(tài)系統(tǒng)面臨了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。同時，隨著公眾環(huán)保意識的提高，對水質(zhì)保護(hù)的需要越來越迫切，及時對生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)保護(hù)與修復(fù)引起了社會各界的普遍關(guān)注。目前對于水生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)污染修復(fù)方法主要有兩種，一種是基于模糊識別模型的水生態(tài)系統(tǒng)污染修復(fù)方法，另一種是基于協(xié)同理論的水生態(tài)系統(tǒng)污染修復(fù)方法?；谀：R別模型的水生態(tài)系統(tǒng)污染修復(fù)方法主要是確定水資源承載力評價指標(biāo)，對影響水生態(tài)系統(tǒng)的各個因素進(jìn)行評價，然后依據(jù)主要的影響因素進(jìn)行修復(fù)；基于協(xié)同理論的水生態(tài)系統(tǒng)污染修復(fù)方法主要研究水生態(tài)系統(tǒng)中各個因子之間、因子與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)合作、互補(bǔ)的關(guān)系，確定需要修復(fù)的內(nèi)容，完成對水生態(tài)系統(tǒng)污染修復(fù)[2-3]。但是傳統(tǒng)的兩種方法在修復(fù)上存在修復(fù)效果差的問題，為此做了基于承載力調(diào)度模型的生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)污染修復(fù)研究。

1 水質(zhì)-生態(tài)系統(tǒng)水資源承載力調(diào)度模型

的構(gòu)建

1.1 水生態(tài)承載力

水質(zhì)生態(tài)學(xué)是指對生物環(huán)境水因素的影響以及有機(jī)體對各種水條件的適應(yīng)[4]。承載力是廣泛用于描述開發(fā)約束的概念。從內(nèi)部的本質(zhì)可以分為主題和目的。主題是水生態(tài)系統(tǒng)，目的是對水生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)修復(fù)。主題和目的相互作用，相互限制。

水質(zhì)的生態(tài)學(xué)修復(fù)能力在某些條件下，水質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能和彈性極限處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本上沒有變化的前提下，很難改變自我調(diào)節(jié)能力。因此，水質(zhì)的生態(tài)學(xué)修復(fù)能力也是物質(zhì)和功能的復(fù)合式。在某個地區(qū)，自然資源的總量是確實的，但是由于物質(zhì)的循環(huán)、能源的流動、信息的傳遞，資源的利用率和支持力會受到不同的影響。水質(zhì)的生態(tài)學(xué)修復(fù)能力在一定程度上具有多樣性，并在一定范圍內(nèi)受到限制。通過掌握水生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律和經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的分辯關(guān)系，人類根據(jù)生產(chǎn)和生活的需要自然地管理和控制，有效地保護(hù)和修復(fù)水質(zhì)。

1.2 水質(zhì)-生態(tài)系統(tǒng)水資源承載力調(diào)度模型

根據(jù)水質(zhì)的生態(tài)學(xué)修復(fù)能力的特性，建立了水質(zhì)-生態(tài)系統(tǒng)水資源承載力調(diào)度模型。水質(zhì)生態(tài)學(xué)的修復(fù)能力的研究對象是人類支配的水生態(tài)系統(tǒng)。了解河流流域水生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)修復(fù)的內(nèi)部因果與結(jié)合效應(yīng)是水生態(tài)學(xué)水質(zhì)修復(fù)能力研究的重要關(guān)系。水生態(tài)系統(tǒng)是由自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會組成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，包括資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會等許多系統(tǒng)。其數(shù)學(xué)表達(dá)是水生態(tài)學(xué)修復(fù)能力=f(水資源系統(tǒng)，水環(huán)境系統(tǒng)，社會系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng))，每個子系統(tǒng)相互交叉影響，共同決定水質(zhì)生態(tài)學(xué)修復(fù)能力。水生態(tài)學(xué)修復(fù)系統(tǒng)的分類方法一般有兩種。一是將水的生態(tài)學(xué)修復(fù)能力系統(tǒng)分解為人口子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、水資源子系統(tǒng)、水環(huán)境子系統(tǒng)和水生態(tài)子系統(tǒng)。水質(zhì)-生態(tài)系統(tǒng)水資源承載力調(diào)度模型如圖1所示。

圖1 水質(zhì)-生態(tài)系統(tǒng)水資源承載力調(diào)度模型

2 基于承載力調(diào)度模型的水質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)

2.1 水生態(tài)分區(qū)

中國在廣大領(lǐng)域、多條河流、復(fù)雜的水項目、復(fù)雜的氣候和水文不同的流域，流域的生態(tài)學(xué)和水文特征完全不同[5]。通過結(jié)合修復(fù)能力分配模型，主要功能可以分為生態(tài)功能分割和水資源分割。以水循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)為對象，考慮到地域水文、水資源特性、河川生態(tài)系統(tǒng)功能、水工學(xué)的影響，通過GIS技術(shù)來區(qū)分水生態(tài)系統(tǒng)，定義了生態(tài)系統(tǒng)功能的定位。因此，計劃單位的分割是水生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)計劃的重要基本工作。

水質(zhì)生態(tài)學(xué)的地域化，根據(jù)尋找各自的生態(tài)學(xué)的要素的不連續(xù)性和一致性，記述了類似點和差異[6-7]。區(qū)域化的指導(dǎo)性意識形態(tài)是最小化地區(qū)內(nèi)差異，最大化地區(qū)間差異，遵循以下原則。要綜合考慮流域上下流域的水資源條件和水生態(tài)系統(tǒng)的特點兩者的空間差異及其相關(guān)性應(yīng)考慮以確保區(qū)域化的操作性。水生態(tài)地帶的劃分應(yīng)與現(xiàn)有國家水資源部門、生態(tài)系統(tǒng)功能劃分、水功能劃分及其他相關(guān)分區(qū)的結(jié)果相連接[8]。根據(jù)生態(tài)功能的決定。在具有多個水生態(tài)學(xué)功能的地區(qū)，人們喜歡水生態(tài)調(diào)節(jié)功能，在具有多個水生態(tài)學(xué)調(diào)節(jié)功能的區(qū)域中，優(yōu)選具有主導(dǎo)性的調(diào)節(jié)功能。

表1 水質(zhì)指標(biāo)對水生生物的安全范圍值

國家水生態(tài)系統(tǒng)采用2級分割系統(tǒng)[9]。第一級水生態(tài)學(xué)部門滿足水資源開發(fā)利用和水生態(tài)學(xué)保護(hù)的宏觀管理和總體布局的需要。根據(jù)保護(hù)和恢復(fù)目標(biāo)的確定和對策布局生態(tài)功能和保護(hù)要求的類型，第三級水生態(tài)學(xué)部門可以根據(jù)二次水生態(tài)學(xué)的劃分進(jìn)一步劃分。根據(jù)中國從西到東形成的三種梯田地形，結(jié)合地理位置、氣候帶、降雨分布、地域水生態(tài)學(xué)特性，國家分為七個一流水的生態(tài)學(xué)劃分[10]。根據(jù)東部溫帶亞濕地，西部溫帶亞干旱帶，西北溫帶干燥帶，東南中國亞熱帶濕潤地帶，西南中國亞熱帶濕潤地帶及西南高原氣候帶地形，地形，氣候，降雨，生態(tài)系統(tǒng)功能的種類和經(jīng)濟(jì)，社會發(fā)展的狀態(tài)，作為整個國家可做34個次級水生態(tài)地區(qū)域劃分。水生態(tài)區(qū)是在習(xí)慣地理地形之后命名的[11-12]。不同生態(tài)系統(tǒng)的特征和不同生態(tài)系統(tǒng)的不同。水生態(tài)系統(tǒng)的水生態(tài)功能主要包括水保護(hù)、河川、湖沼的棲息地恢復(fù)、物種多樣性的保護(hù)、地表水的利用、沙和土的保持、水景觀保全、地下水保護(hù)這7種類型[12]。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)修復(fù)評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)及其功能型，分析了計劃河流部分的水質(zhì)生態(tài)保護(hù)需求。通過水質(zhì)指數(shù)對水生生物安全性的影響，確立了水質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和復(fù)原的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。水生生物水質(zhì)指標(biāo)的安全范圍值如下表所示。

依據(jù)上述水質(zhì)指標(biāo)對水生生物的安全范圍值加以明確，對水質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)污染修復(fù)提供依據(jù)。要對水質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)污染修復(fù)，需要正確處理好以下四方面的關(guān)系，如表2所示。

表2 生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)保護(hù)修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)體系

2.3 基于承載力調(diào)度模型的水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)流程設(shè)計

在生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)修復(fù)評價指標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用水質(zhì)-生態(tài)系統(tǒng)水資源承載力調(diào)度模型進(jìn)行修復(fù)，建立的基于承載力調(diào)度模型的生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)污染修復(fù)過程如圖2所示。

圖2 基于承載力調(diào)度模型的生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)污染修復(fù)流程

在污染修復(fù)方法上，主要包含微生物修復(fù)[13]、水生植被修復(fù)[14]、河流濱岸帶生態(tài)修復(fù)[15]、河道物理結(jié)構(gòu)建設(shè)[16]和濕地修復(fù)，在修復(fù)過程中，依據(jù)重點修復(fù)順序進(jìn)行修復(fù)。

微生物修復(fù)[17]，投加微生物促進(jìn)有機(jī)污染物降解；水生植被修復(fù)，降低水位，目的是使更多光照可以到達(dá)河底，改善水質(zhì)與底質(zhì)條件；河流濱岸帶的生態(tài)修復(fù)，主要是建立過渡帶結(jié)構(gòu)、恢復(fù)濱岸帶的生態(tài)環(huán)境和保持盡可能多的生物多樣性；河道物理結(jié)構(gòu)建設(shè)，采用植石法和浮石帶法，削減污染輸入量；濕地修復(fù)上，主要利用將物理、化學(xué)與生物結(jié)合，對污水凈化。以此，通過上述過程，完成生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)污染修復(fù)。

根據(jù)水質(zhì)生態(tài)學(xué)狀態(tài)的評價，根據(jù)生態(tài)學(xué)的保護(hù)對象和目的的生態(tài)學(xué)特性、對應(yīng)的水質(zhì)生態(tài)學(xué)的功能類型和保護(hù)需求分析，確立水質(zhì)生態(tài)學(xué)的恢復(fù)和保護(hù)措施系統(tǒng)。具體來說，包括生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)需求保證、水質(zhì)環(huán)境保護(hù)、河川、湖的棲息地維持、水生生物保護(hù)、生態(tài)學(xué)的監(jiān)視、管理等5個類別，對于各自的分類，還被分為14個類別。

(1)生態(tài)水質(zhì)的需求保證是河流和湖泊生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)的中心內(nèi)容。在河川和湖沼的范圍內(nèi)，包含水質(zhì)、水量和過程的要求，在特定的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和恢復(fù)目標(biāo)下，意味著保證被表面流出和地下水位支撐的生態(tài)系統(tǒng)的水要求。首先，生態(tài)系統(tǒng)的基本流程必須由工程調(diào)度和監(jiān)測管理來保證。

(2)水質(zhì)環(huán)境保護(hù)主要基于水功能區(qū)域的保護(hù)要求和逐步合理控制污水排放量，實現(xiàn)污水排放濃度和對河流污染物總量的控制。對于湖泊和水庫，應(yīng)該采取非點源、內(nèi)因性、富營養(yǎng)化等對策。

(3)河川湖棲息地的維持主要是維持河川和湖的連接性、棲息地形態(tài)和棲息地條件的規(guī)定。河川和湖沼的連接性，與河川和湖沼的曲折形狀一起，考慮著河川和湖沼的縱貫性，橫斷性，垂直連接性。棲息地形態(tài)的維持主要包括自然棲息地保護(hù)、棲息地重建、3個場地保護(hù)和河岸地帶保護(hù)和恢復(fù)。生活條件的調(diào)節(jié)主要是低溫水流的控制，過飽和氣體的控制和水和沉積物的限制。

(4)水生生物的保護(hù)包括遺傳因子、個體群以及水的生態(tài)系統(tǒng)平衡和進(jìn)化保護(hù)。水生生物的保護(hù)及再生，以水生生物的多樣性及水生生物的保全性為目的，對水生生物資源及水生生物進(jìn)行全體保護(hù)。

(5)生態(tài)監(jiān)測和管理主要包括相關(guān)監(jiān)控、生態(tài)補(bǔ)償和各種綜合管理措施。事前實施水生態(tài)保護(hù)，實施計劃和實施，試驗各種措施的效果是重要的手段。我們要注意非技術(shù)手段在水的生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)中的作用，加強(qiáng)法律、管理系統(tǒng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、方針措施、資本投資、科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、布賴城和教育和市民參與的建設(shè)和管理。然后，請確立長期的機(jī)制。

3 結(jié)語

本文做了基于承載力調(diào)度模型的生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)修復(fù)研究。根據(jù)水生態(tài)承載力的特點，構(gòu)建承載力調(diào)度模型，結(jié)合水生態(tài)分區(qū)，建立水生態(tài)系統(tǒng)狀況評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)基于承載力調(diào)度模型生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)修復(fù)的設(shè)計。水質(zhì)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)是與水文過程、物理化學(xué)過程和生物學(xué)過程密切相關(guān)的復(fù)雜系統(tǒng)工程。理論研究和實際工作還處于初始階段和快速發(fā)展階段，水生態(tài)保護(hù)和修復(fù)計劃技術(shù)和方法還需在未來的水生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)訓(xùn)練等相關(guān)研究中進(jìn)一步作出測試和改進(jìn)。